У Сергея Александровича в Москве было несколько дворцов, Николаевский, Нескучный и генерал-губернаторский дом на Тверской улице, который он продолжал занимать. Моисеенко со сторожем в Кремле поднялся на колокольню Ивана Великого и осмотрел достопримечательности Москвы с птичьего полета. Получивший на водку сторож все показал, включая губернаторский дом на Тверской и сказал, что великий князь живет именно там, в самом, конечно, престижном месте древней столицы. Моисеенко и Каляев купили сани, лошадей и зарегистрировались в качестве извозчиков. Хранением и зарядкой бомб занималась Дора Бриллиант. Метальщиками Савинков определил Каляева и Куликовского.
Наблюдение за великим князем все пятеро боевиков вели весь световой день, встречались в цирке, манеже, трактире у Сухаревой башни. Каляев по паспорту был украинцем Осипом Ковалем, и в библиотеке изучил все о своей мнимой родине. Это спасло его, когда хозяин постоялого двора, где ночевал Каляев-Коваль, оказался его украинским земляком. Вскоре все боевики знали в лицо великокняжеских кучеров, управлявших эффектными рысаками только белыми вожжами. Три раза в неделю в одно и то же время Сергей Александрович ездил в Кремль. К новому году наблюдение за ним было закончено, все маршруты выяснены, но великий князь вдруг переехал во дворец в Нескучном саду. Савинков перевел всех своих боевиков на новые места наблюдения в Нескучном саду, у Калужских ворот, Москве-реке, Пятницкой, Большой Якиманке, Полянке и Ордынке. Великий князь три раза в неделю продолжал ездить в Кремль, в разное время, но всегда по Большой Полянке.
У Савинкова кончились деньги, Азеф не присылал, и после встречи с членом Центрального Комитета Н. Тютчевым Савинков решил установить контакты с московскими эсерами. Заместитель Азефа встретился с Владимиром Зензиновым и тут же попал под филерское наблюдение. Через два дня Зензинов был взят, но с Савинковым московские филеры, конечно, совладать не смогли. Английский барин очень элегантно и непостижимо исчез от кучи наружных агентов.
Бывший студент, а ныне московский уличный торговец в очках Петр Куликовский обсудил с Савинковым выезды Сергея Александровича, по средам и пятницам с двух до пяти часов дня ездившего в Кремль через Калужские ворота и по Большой Полянке. Покушение было назначено на 10 января, но после Кровавого воскресенья великий князь неожиданно переехал в Николаевский дворец. Наблюдение пришлось начинать сначала. Савинков не знал, что после ареста Зензинова, у которого нашли бумаги об эсеровском терроре, московская охранка обратилась в Департамент полиции за деньгами на личную охрану великого князя. Он уже не был генерал-губернатором, и А. Лопухин отказал в средствах, за что был потом с шумом и клеймом убийцы уволен. Это увольнение впоследствии и подтолкнуло его выдать Азефа Бурцеву и эсерам.
Николаевский дворец находился в Кремле, и террористы начали наблюдение в Кремле, из которого было несколько ворот-выездов, наблюдать за которыми людей не хватало. Извозчик Петр Моисеенко нагло встал с санями прямо у Царь-пушки, где извозчики никогда не стояли, но зато был хороший обзор. Кремль был набит охраной, но у них лень вперед них родилась и Моисеенко не трогали. После этого Савинковцы вместе с городовыми и филерами стали вести наблюдение прямо у ворот Николаевского дворца в Кремле. Великий князь в разные дни с разных выездов, но всегда с двух до пяти часов дня выезжал из своего дворца в дом генерал-губернатора на Тверскую улицу. Террористы не могли по несколько часов ежедневно с бомбами в руках караулить Сергея Александровича то ли в Кремле, то ли на Тверской, и стали читать все московские газеты, которые часто писали, что великий князь, например, завтра посетит богослужение, театр, больницу или богоугодное заведение. Савинков быстро выяснил, что газеты пишут не то, что будет на самом деле, а то, что им придет в голову. Савинков решил получить сведения из придворных кругов, и привлек к этому Татьяну Лебедеву, а также через журналистов и писателей стал знакомиться с князьями и графами, легко общавшимися с холеным и богатым англичанином, всегда говорившим, правда, по-русски, или по-французски. Савинков совсем не знал английского языка, но ему удавалось не показывать этого, и это было фантастическим везением для заместителя главного террориста империи. В Москву из Петербурга приехала Ивановская и познакомила Савинкова через писателя Леонида Андреева с одним придворным князем-либералом, занимавшем высокое положение в Москве, и одновременно бывшим одним из руководителей кадетской партии. Все обещали дать точные сведения о поездах Сергея Александровича, но не давали ничего. Савинков решил больше не тратить времени на чужих Боевой Организации людей и все сделать самому. В конце января он прочитал в официальной газете, что 2 февраля вечером великий князь посетит в Большом театре спектакль в пользу Красного Креста. Дора Бриллиант привезла из Юрьева в Москву динамит и 1 февраля пятеро савинковцев были полностью готовы к политическому убийству.